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纤维封层是近年来铺筑在半刚性基层和面层之间的一种应力吸收层,它可以吸收来自反射裂缝尖端的大部分集中应力,从而降低裂缝尖端的应力集中现象,阻止裂缝的进一步扩展,它对于延长道路的使用寿命具有显著作用。基于此,本文对其进行相关理论研究和路用性能试验研究,以期为该技术的推广应用提供技术支持。
由于纤维封层是一种粘弹性复合材料,因此本文首先根据复合材料力学里的界面理论以及粘弹性力学中的能耗理论分别对纤维增强沥青应力吸收层的作用机理以及能耗进行了分析,根据界面理论分析得出对纤维进行改性可以提高其与乳化沥青之间的界面粘结强度,从而使纤维封层发挥更好的阻裂效果,同时根据能耗理论得到裂缝尖端应力对纤维封层做的功会转化成纤维封层的弹性应变能和耗散能,它们两者之和构成了纤维封层的断裂能,该值越大则说明可以吸收更多的裂缝尖端应力,其阻裂性能也就越好。根据对沥青混合料疲劳性能的分析,得出纤维封层在疲劳荷载作用下它的累积耗散能和疲劳次数在对数坐标下存在线性关系,通过疲劳拉伸试验对其进行了验证。
根据界面理论分析得到的结果,采用偶联剂、浓度分别为1mol/L、2mol/L的酸、碱溶液对玻璃纤维进行改性处理,并采用扫描电镜对改性纤维的微观形貌进行了观测,结果表明经过改性后的纤维表面粗糙度明显增加,并通过板带拉伸试验以断裂能为评价指标,得到经浓度为2mol/L的酸溶液改性的玻璃纤维阻裂效果最好。随后通过动态剪切流变试验研究了纤维种类、温度以及荷载作用频率对纤维沥青复合材料复数模量、相位角、车辙因子、存储模量和损耗模量等流变参数的影响。结果表明,在不同的温度和荷载作用频率下,与未改性的原样纤维相比,改性之后的纤维可以增加复合材料的复数模量以及车辙因子并降低其相位角,从而提高了复合材料抗永久变形的能力及其强度。
纤维封层除需具备良好的阻裂性能以外,还要良好的层间结合能力,通过在室内制作复合试件,以层间剪切强度和层间拉拔强度作为层间结合性能评价指标,研究了不同因素水平对纤维封层层间结合强度的影响。
最后通过有限元模拟,计算了纤维封层路面结构在不同条件下(轴载、面层厚度以及半刚性基层模量)纤维封层底部裂缝尖端应力强度因子大小,分析了不同因素对纤维封层使用性能的影响。
由于纤维封层是一种粘弹性复合材料,因此本文首先根据复合材料力学里的界面理论以及粘弹性力学中的能耗理论分别对纤维增强沥青应力吸收层的作用机理以及能耗进行了分析,根据界面理论分析得出对纤维进行改性可以提高其与乳化沥青之间的界面粘结强度,从而使纤维封层发挥更好的阻裂效果,同时根据能耗理论得到裂缝尖端应力对纤维封层做的功会转化成纤维封层的弹性应变能和耗散能,它们两者之和构成了纤维封层的断裂能,该值越大则说明可以吸收更多的裂缝尖端应力,其阻裂性能也就越好。根据对沥青混合料疲劳性能的分析,得出纤维封层在疲劳荷载作用下它的累积耗散能和疲劳次数在对数坐标下存在线性关系,通过疲劳拉伸试验对其进行了验证。
根据界面理论分析得到的结果,采用偶联剂、浓度分别为1mol/L、2mol/L的酸、碱溶液对玻璃纤维进行改性处理,并采用扫描电镜对改性纤维的微观形貌进行了观测,结果表明经过改性后的纤维表面粗糙度明显增加,并通过板带拉伸试验以断裂能为评价指标,得到经浓度为2mol/L的酸溶液改性的玻璃纤维阻裂效果最好。随后通过动态剪切流变试验研究了纤维种类、温度以及荷载作用频率对纤维沥青复合材料复数模量、相位角、车辙因子、存储模量和损耗模量等流变参数的影响。结果表明,在不同的温度和荷载作用频率下,与未改性的原样纤维相比,改性之后的纤维可以增加复合材料的复数模量以及车辙因子并降低其相位角,从而提高了复合材料抗永久变形的能力及其强度。
纤维封层除需具备良好的阻裂性能以外,还要良好的层间结合能力,通过在室内制作复合试件,以层间剪切强度和层间拉拔强度作为层间结合性能评价指标,研究了不同因素水平对纤维封层层间结合强度的影响。
最后通过有限元模拟,计算了纤维封层路面结构在不同条件下(轴载、面层厚度以及半刚性基层模量)纤维封层底部裂缝尖端应力强度因子大小,分析了不同因素对纤维封层使用性能的影响。